Vilniaus universiteto Medicinos fakulteto Žmogaus ir medicinos genetikos katedros mokslininkė dr. Alina Urnikytė ir jos kolegos ne tik pirmieji Lietuvoje nusekvenavo visą lietuvio genomą, bet ir tiria gamtinės atrankos poveikį lietuvių genams. Lygindami šių dienų lietuvių genomus su neandertaliečio ir kitais senovės genomais, mokslininkai geba paaiškinti lietuvių išvaizdos bruožų, metabolizmo ar imuniteto kilmę.

Genetikų žinių spektras − nuo istorijos iki informacinių technologijų

Genetikų naudojamais metodais gaunami duomenys leidžia atlikti palyginimus siekiančius keliasdešimt tūkstančių metų. Šiandienio žmogaus genomus VU mokslininkai lygina su archajinių ir senovės žmonių genomais.

,,Kai kalbame apie archajinius genomus, turime omenyje neandertaliečio ir Denisovo žmogaus genomus, kuriems yra daugiau kaip 40000 metų. Atliekame palyginimus ir su senovės žmonių genomais, kuriems yra nuo 200 iki kelių tūkstančių metų“, – teigia dr. A. Urnikytė.

Tyrėja pabrėžia, kad jos vykdomi moksliniai tyrimai yra tarpdisciplininiai ir reikalauja istorinių, informacinių technologijų žinių bei apima darbus laboratorijoje.

,,Laboratorijoje pasitelkę mums žinomus metodus išskiriame DNR ir nuskaitome išskirtą genomą. Genotipavimas ar genomo skenavimas leidžia nuskaityti tik tam tikras genomo pozicijas, tad šis metodas yra pigesnis. Visgi, šiandien siekiama nuskaityti visą genomą su jame esančia informacija“, − pasakoja mokslininkė.

Genetikos duomenys yra didieji duomenys, kurių analizavimui reikalingi superkompiuteriai ir labai daug atminties.

,,Kaip pavyzdį galiu pateikti, jog 75 genomai užima keletą terabaitų atminties. Tad norint su šiais duomenimis dirbti, reikia įvaldyti bioinformatikos įrankius, o taip pat ir mokėti programuoti“, − atskleidžia dr. A. Urnikytė.

Pirmą kartą Lietuvoje nusekvenuotas visas lietuvio genomas

Dr. A. Urnikytė kartu su kolegomis tiria, kaip lietuvių genomas keičiasi per kartas. Mokslininkė analizuoja naujagimių ir jų tėvų duomenis, kurie būtų bent trečios kartos lietuviai. Vykdant šiuos mokslinius tyrimus pirmą kartą Lietuvoje buvo nusekvenuotas visas genomas, o ne konkreti jo dalis. Tyrėja pabrėžia, jog nepaisant to, kad nuo kitų Baltijos šalių šioje srityje dar stipriai atsiliekame, Lietuvos mokslininkams tai yra didžiulis pasiekimas.

,,Lyginant mūsų mokslinius tyrimus su panašiais tyrimais kitose šalyse, mus išskiria tai, kad turime unikalias tiriamųjų grupes, šiuo atveju, trijų kartų lietuvius. Tyrimo metu mums itin rūpėjo ,,de novo“ mutacijos, kurias atsineša naujagimis, bet neturėjo jo tėvai. Taip pat tyrėme, kaip gamtinė atranka veikia tam tikras mūsų genomo sritis, o tai parodo mūsų prisitaikymą aplinkoje. Kol kas nepavyko nustatyti ryškaus skirtumo tarp vaikų ir tėvų, nes tam neužtenka lyginti dvi kartas ir reikia daugiau laiko, bet mūsų paliktas įdirbis bus medžiaga ateities tyrimams“, − darbus pristato mokslininkė.

Dr. A. Urnikytė išskiria gamtinės atrankos svarbą genomo tyrimuose. Jei nustatoma, kad genomo sritis yra veikiama gamtinės atrankos, tai būna matoma kelių kartų genomuose.

,,Labai svarbu žinoti, kokios genomo sritys yra veikiamos gamtinės atrankos, nes galime rasti genomo dalis, kurios atsakingos už bruožus, fenotipą, ar tam tikras ligas ir po to identifikuoti požymius augančius populiacijoje. Tai labai svarbu, nes gali būti panaudojama personalizuotoje medicinoje“ – pažymi mokslininkė.

Iš neandertaliečio paveldėtas genas padeda kovoti su infekcijomis

Mokslininkė taip pat lygina lietuvių genomus su archajiniais genomais, ir siekia ištirti lietuvių adaptaciją infekcinėms ligoms.

,,Viename savo moksliniame tyrime aš analizuoju 50 žmonių viso genomo sekoskaitos duomenis. Nustatinėju gamtinės atrankos veikiamas genomo sritis ir siekiu rasti genus, susijusius su imuniniu atsaku ir įvertinti galimą lietuvių adaptaciją prie infekcinių ligų. Taip pat siekiu turimus duomenis palyginti su archajiniais neandertaliečių ir archajinio žmogaus genomų duomenimis“, − teigia mokslininkė.

Atlikusi viso genomo sekoskaitą, kaip labai stiprų geną mokslininkė išskiria žmogaus leukocitų antigenų geną HLA-DRB1, kuris dalyvauja įgyto imuniteto reakcijose ir padeda pašalinti infekciją.

,,Kol kas duomenis vis dar analizuojame ir negalime pasakyti kokia tai infekcija, bet žinome, kad šis genas ateina iš neandertaliečio. Yra nustatyta daug archajinių HLA genomo variantų, kurie išliko šiandienos žmonėse ir nebuvo pašalinti neigiamos gamtinės atrankos. Gamtinė atranka yra labai ,,protinga“ ir pati pašalina tuos genų variantus, kurie nebūna naudingi. Tad šie išlikę genomų variantai viena ar kita prasme buvo mums naudingi, būtent tam, kad galėtume prisitaikyti prie vietinių patogenų“, − pasakoja dr. A. Urnikytė.

Tikras lietuvis – mėlynakis, šviesiaplaukis ir gerai virškinantis riebalus

Tirdama lietuvių genomą, mokslininkė aptiko ir kitą neandertaliečio paliktą mums geną – BNC2, kuris yra atsakingas už odos pigmentaciją ir plaukų struktūrą. Šis genas nustatomas visoje Eurazijoje, tad priklausomai nuo jo raiškos, jis gali lemti tiek šviesią odos spalvą, tiek tamsią. Galima daryti prielaidą, kad šis genas prisidėjo prie šiuolaikinio žmogaus adaptacijos prie pasikeitusios aplinkos.

,,Šiuolaikiniam žmogui migruojant link šiaurės, link šaltesnio klimato, buvo naudingiau turėti šviesią odą, nes pro ją geriau prasiskverbia vitaminas D. Tai nėra vienintelis genas atsakingas už mūsų šviesią odą, šviesius plaukus ir mėlynas akis, bet lietuvių populiacijoje vienas tų genų variantų yra randamas daug didesniu dažniu, lyginant su kitomis Europos populiacijomis“, − pastebi mokslininkė.

Dr. A. Urnikytės naudojami metodai leidžia nustatyti gamtinės atrankos genome sritis, kurios buvo veikiamos 250000 metų. Šiuos duomenis mokslininkė lygino su šiandieninių trijų lietuvių kartų genomo duomenimis ir nustatė 8 genetines sritis, kurios kartojasi per visas tris kartas.

,,Viena tų sričių apima du genus  PNLIP ir PNLIPRP3. Šie genai atsakingi už riebalų skaidymą ir už metabolizmą. Išvada yra tokia, kad greičiausiai, šie genai buvo ir vis dar yra atsakingi už prisitaikymą prie tam tikros dietos. Labai gali būti, kad šie genai yra iš medžiotojų-rinkėjų laikų, kai pagrindinis maistas buvo mėsa ir riebi žuvis, tad organizmas turėjo prie tokio maisto prisitaikyti. Įdomu, kad šie signalai mūsų populiacijoje labai stipriai išreikšti dar ir šiandien. Tikriausiai tai yra viena iš priežasčių, kodėl lietuviai ne tik mėgsta, bet ir geba virškinti cepelinus su spirgais“, − šypsosi tyrėja.

Mokslininkei taip pat pavyko aptikti tris uoslės receptorių genus, kuriuos ji taip pat sieja su evoliucija, nes tiek medžiotojams, tiek ir rinkėjams, uoslė buvo labai svarbi. Nemažiau svarbus ir dar vienas genas, kuris padeda lietuviams geriau įsisavinti vitaminą D.

,,Gyvenant vietovėje, kurioje saulės yra mažai, šis genas labai svarbus, nes vitamino D trūkumas nulemia organizmo sutrikimus, tad nepaisant to, kaip mažai tos saulės mes turime, reikėjo kuo daugiau jos paimti iš aplinkos“, − teigia dr. A. Urnikytė.

Lietuvių populiacija – unikali

Dr. A. Urnikytė Ispanijos Pompeu Fabra universitete tyrė daugiau kaip 400 lietuvių genetinius duomenis ir lygino juos su turimais senovės genomais. Gauti duomenys nustebino net ir seniai šią sritį nagrinėjančius Ispanijos universiteto tyrėjus.

,,Išsiaiškinome tai, kad lietuviai yra vieni iš nedaugelio išsaugoję europiečių geno fondą. Lyginant lietuvius su skirtingomis Europos populiacijomis pastebėjome, kad pas lietuvius yra aptinkamas didžiausias vakarų medžiotojų-rinkėjų genetinis komponentas (genetinis pėdsakas). Dažnai yra galvojama, kad Europoje yra išlikę tik dvi unikalios šalys genomo prasme: baskai ir Sardinijos salos gyventojai, tad dabar į sąrašą galima įtraukti ir lietuvius“, − duomenis pristato mokslininkė.

Tokios uždaros populiacijos aptinkamos kalnuose ar salose, kaip nutiko Sardinijos atveju, kur gyventojų migraciją ir maišymąsi riboja geografinė aplinka. Tuo tarpu Lietuvoje,  save pristatančia Europos centru, populiacija unikalumą išsaugojo ne tik dėl gamtinių, bet ir dėl kultūrinių priežasčių.

,,Įdomu, kad tiek baskai, tiek ir lietuviai, išlaikė savo unikalumą būdami apsupti kitų tautų. Tad ne tik geografija, bet ir gyventojų pasaulėžiūra tam turėjo didžiulę įtaką. Kalbant apie Lietuvos teritoriją, palankios sąlygos čia gyventi susidarė tik nuslinkus paskutiniam ledynmečiui − 11-12 tūkst. metų prieš mūsų erą. Taip pat, Lietuvos teritorija buvo labai miškinga ir pelkėta, tad judėjimą ribojo ir šalies gamtinės sąlygos“, − atskleidžia mokslininkė.

Dr. A. Urnikytė su kolegomis lygino skirtingose Lietuvos teritorijose gyvenančių lietuvių genomus. Suskirstę lietuvių populiaciją į aukštaičius ir žemaičius mokslininkai pastebėjo tam tikrų skirtumų.

,,Mūsų aptikti skirtumai tarp aukštaičių ir žemaičių genomo tik dar kartą patvirtina, kad gamtinės sąlygos migracijai Lietuvos teritorijoje nebuvo labai palankios ir mūsų šalies regionai išsaugojo savo unikalumą. Žinoma, tie skirtumai nėra dideli ir tam, kad juos galėtume aptarti plačiau, reikėtų nusekvenuoti visą genomą, o ne tam tikras jo dalis. Bet tai jau medžiaga mūsų ateities moksliniams tyrimams“, − pristato tyrėja.

Šiandien aplinka adaptuojasi prie mūsų genų

Mūsų genomai yra dinamiški ir reaguoja į supančią aplinką bei mūsų mitybą. Genetikoje formulė yra gana paprasta ir jeigu sujungiame genus su aplinka gauname tam tikrą bruožą, pastebimą genome. Visgi, Dr. A. Urnikytė pabrėžia, kad mūsų genai nesikeičia taip jau greitai.

,,Tam, kad  suprastume, kas buvome, kuo esame šiandien ir kuo būsime, mums labai svarbu tirti evoliuciją ir adaptaciją. Jeigu svarstytume, kaip pasikeis mūsų genomas po 100 metų, tai  makroevoliucijos požiūriu šis laiko tarpas yra labai trumpas, nes šiuolaikinis žmogus jau evoliucionuoja 200000 metų. Tam, kad nustatyti genomo kaitą makrolygmenyje dažnai reikia ne trijų, o 1000 kartų“, − teigia mokslininkė.

Nemažiau svarbu ir tai, jog genomo kaita yra sąlygota žmonių prisitaikymo prie nepatogių ir nuolat kintančių sąlygų. Šiandien, mūsų genai keičiasi lėčiau dar ir dėl to, jog mes sukuriame sau labai patogias gyvenimo sąlygas.

,,Žmogui fiziologiškai patogiausia aplinkos temperatūra yra 25 laipsniai. Kaip žinia, skirtinguose žemynuose mes turime skirtingą temperatūrą, bet šilčiau apsirengiame ten, kur yra šalta ir  naudojame kondicionierius ten, kur karšta. Norėdami gauti pakankamai vitaminų, mes ne tik valgome tam tikrą maistą, bet ir geriame papildus, o susirgę gydomės vaistais. Visa žmonijos pažanga leidžia aplinką adaptuoti prie mūsų genų, o ne genams adaptuotis prie aplinkos, tad tik ateities tyrimai parodys, kaip greitai keičiasi mūsų genai “, − pastebi dr. A. Urnikytė.